KR20200135944A - 측거 유닛 및 광 조사 장치 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

측거 유닛은, 레이저광인 측거광을 출력하는 측거 광원과, 측거광, 및, 대상물의 피측정면에서 반사된 측거광의 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와, 반사광을 투과시키고, 대물 렌즈에 의한 측거광 또는 반사광의 집광 위치에서의 상을 결상 위치에 결상하는 결상 렌즈와, 반사광의 광로를 조정하는 광로 조정부와, 반사광을 검출하는 광 검출부를 구비한다. 대물 렌즈는, 측거광의 광로가 대물 렌즈의 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 측거광을 대상물 측으로 투과시킨다. 광로 조정부는, 광 검출부에 입사하는 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광의 결상 위치가, 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 반사광의 광로를 조정한다. 광 검출부의 수광면은, 소정 면을 따르도록 위치하고 있다.

Description

측거 유닛 및 광 조사 장치
본 개시는, 측거(測距) 유닛 및 광 조사 장치에 관한 것이다.
대상물의 표면의 높이를 측정하기 위한 측거(測距) 유닛으로서, 비점수차법(非点收差法)을 이용한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 비점수차법에서는, 광원으로부터 출사된 레이저광이, 대물 렌즈에 의해서 집광되어, 대상물의 표면에 조사된다. 그리고, 대상물의 표면에서 반사된 레이저광의 반사광이, 대물 렌즈의 광축 상을 진행하고, 비점수차가 부여되어, 예를 들면 4분할 포토 다이오드에 의해서 검출된다.
특허 문헌 1 : 일본특허 제5743123호 공보
상술한 비점수차법에서는, 예를 들면, 웨이퍼의 표(表)측 주면(主面)의 높이를 측정하는 경우에, 웨이퍼의 표측 주면에서 반사된 레이저광의 반사광에, 웨이퍼의 이(異)측 주면에서 반사된 레이저광의 반사광이 중첩되고, 그 결과, 웨이퍼의 표측 주면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 없을 우려가 있다.
본 개시는, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 측거 유닛 및 광 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛은, 레이저광인 측거광(測距光)을 출력하는 측거 광원과, 측거광, 및, 대상물의 피측정면에서 반사된 측거광의 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와, 반사광을 투과시키고, 대물 렌즈에 의한 측거광 또는 반사광의 집광 위치에서의 상(像)을 결상(結像) 위치에 결상하는 결상 렌즈와, 반사광의 광로(光路)를 조정하는 광로 조정부와, 반사광을 검출하는 광 검출부를 구비하며, 대물 렌즈는, 측거광의 광로가 대물 렌즈의 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 측거광을 대상물 측으로 투과시키고, 광로 조정부는, 광 검출부에 입사하는 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광의 결상 위치가, 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 반사광의 광로를 조정하고, 광 검출부의 수광면(受光面)은, 소정 면을 따르도록 위치하고 있다.
이 측거 유닛에서는, 측거광의 광로가 대물 렌즈의 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 대물 렌즈가 측거광을 대상물 측으로 투과시킨다. 그 때문에, 대상물의 피측정면에서 반사된 반사광이 광 검출부의 수광면에 입사하는 위치가, 대상물의 피측정면의 높이에 따라 변화한다. 따라서, 광 검출부의 수광면에서의 반사광의 입사 위치에 근거하여, 대상물의 피측정면의 높이를 측정할 수 있다. 이 때, 대상물의 다른 면에서 측거광의 일부가 반사되었다고 해도, 대상물의 다른 면에서 반사된 반사광이, 대상물의 피측정면에서 반사된 반사광으로부터 공간적으로 분리되기 때문에, 검출해야 할 반사광에 불필요한 반사광이 중첩되는 것을 억제할 수 있다. 또, 이 측거 유닛에서는, 광 검출부에 입사하는 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광의 결상 위치가, 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 광로 조정부가 반사광의 광로를 조정하고, 해당 소정 면을 따르도록 광 검출부의 수광면이 위치하고 있다. 이것에 의해, 대상물의 피측정면의 높이를 균일한 상태로 측정할 수 있다. 만일, 광로 조정부가 마련되어 있지 않으면, 반사광이 대물 렌즈 및 결상 렌즈 각각을 투과하는 위치가 대상물의 피측정면의 높이에 따라 변화하기 때문에, 결상 렌즈에 의한 반사광의 결상 위치가 대상물의 피측정면의 높이에 따라 크게 변화하고, 그 결과, 대상물의 피측정면의 높이에 따라서는 해당 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 없을 우려가 있다. 이상에 의해, 이 측거 유닛에 의하면, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛에서는, 광로 조정부는, 결상 렌즈와 광 검출부와의 사이에서 반사광의 광로를 조정해도 괜찮다. 이것에 의하면, 각 구성을 효율 좋게 배치할 수 있다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛에서는, 광로 조정부는, 수광면에 평행하고 또한 일방향에 수직인 방향을 따라서 연장되는 복수의 홈을 가지는 반사형 그레이팅이라도 괜찮다. 이것에 의하면, 광 검출부에 입사하는 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광의 결상 위치를, 해당 입사 방향과 교차하는 소정 면에 용이하게 또한 확실히 가까이 할 수 있다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛에서는, 광 검출부는, 일방향에 평행한 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가져도 괜찮다. 이것에 의하면, 반사광이 그 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되어 있기 때문에, 반사광이 입사한 광 검출 채널의 위치에 근거하여, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛에서는, 대물 렌즈 및 결상 렌즈는, 결상 렌즈로부터 출사되는 반사광의 광로의 방향이 일정하게 되도록 구성되어 있어도 괜찮다. 이것에 의하면, 대상물의 피측정면의 높이와 반사광이 입사하는 광 검출 채널의 위치와의 관계에 선형성을 갖게 할 수 있다.
본 개시의 일측면의 측거 유닛에서는, 수광면에서의 반사광의 상(像)은, 일방향에 수직인 방향을 길이 방향으로 하는 장척 모양을 나타내고 있어도 괜찮다. 이것에 의하면, 반사광의 상(像)의 길이 방향으로의 광 검출부의 수광면의 어긋남을 허용할 수 있기 때문에, 각 구성의 배치의 정밀도를 완화하면서도, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
본 개시의 일측면의 광 조사 장치는, 대상물을 지지하는 지지부와, 조사광을 출력하는 조사 광원과, 레이저광인 측거광을 출력하는 측거 광원과, 조사광 및 측거광 중 일방을 투과시키고, 조사광 및 측거광 중 타방을 반사하는 광학 소자와, 조사광, 측거광, 및, 대상물의 피측정면에서 반사된 측거광의 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와, 반사광을 투과시키고, 대물 렌즈에 의한 측거광 또는 반사광의 집광 위치에서의 상(像)을 결상 위치에 결상하는 결상 렌즈와, 반사광의 광로를 조정하는 광로 조정부와, 반사광을 검출하는 광 검출부와, 대물 렌즈를 그 중심축을 따라 이동시키는 구동부와, 광 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여 구동부를 구동시키는 제어부를 구비하며, 대물 렌즈는, 측거광의 광로가 대물 렌즈의 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 측거광을 대상물 측으로 투과시키고, 광로 조정부는, 광 검출부에 입사하는 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광의 결상 위치가, 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 반사광의 광로를 조정하고, 광 검출부의 수광면은, 소정 면을 따르도록 위치하고 있다.
이 광 조사 장치에서는, 상술한 바와 같이, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 게다가, 대상물의 피측정면의 높이에 따라 대물 렌즈를 그 중심축을 따라 이동시킴으로써, 조사광의 집광점을 대상물에서의 소망의 위치에 맞출 수 있다. 게다가, 대물 렌즈에 의한 측거광의 집광점이 대상물의 피측정면 상에 위치하고 있는 상태에 한정되지 않고, 대상물의 피측정면의 높이의 측정, 및 대상물에 대한 조사광의 집광점의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
본 개시에 의하면, 대상물의 피측정면의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 측거 유닛 및 광 조사 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은, 일 실시 형태의 광 조사 장치인 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타내어지는 레이저 가공 장치에 마련된 측거 유닛의 구성도이다.
도 3은, 도 2에 나타내어지는 측거 유닛의 일부분의 구성도이다.
도 4는, 비교예의 측거 유닛의 구성도이다.
도 5는, 비교예의 측거 유닛의 일부분의 구성도이다.
도 6은, 도 2에 나타내어지는 측거 유닛에서의 측거광의 광로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 변형예의 측거 유닛에서의 측거광의 광로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 변형예의 측거 유닛에서의 측거광의 광로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 변형예의 측거 유닛에서의 측거광의 광로를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
[레이저 가공 장치의 구성]
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(200)는, 가공 대상물(대상물)(1)의 내부에 집광점(P)을 맞추어 절단 예정 라인(5)을 따라서 레이저광(조사광)(IL)을 조사함으로써, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질(改質) 영역(7)을 형성하는 광 조사 장치이다. 가공 대상물(1)은, 예를 들면, 복수의 기능 소자가 매트릭스 모양으로 형성된 반도체 웨이퍼이다. 그 경우, 절단 예정 라인(5)은, 서로 이웃하는 기능 소자 사이를 통과하도록 격자 모양으로 설정된다. 개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도 등의 물리적 특성이 주위와는 다른 영역이다.
절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성함으로써, 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 균열을 신장시켜, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)을 절단할 수 있다. 또, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하기 위해서는, 레이저광(IL)이 가공 대상물(1)의 표면(피측정면)(3)을 투과하여 집광점(P)의 근방에서 특히 흡수되는 조건으로 레이저광(IL)을 조사하면 좋다.
레이저 가공 장치(200)는, 스테이지(지지부)(201)와, 레이저 광원(조사 광원)(202)과, 반사형 공간 광 변조기(203)와, 4f 광학계(204)와, 대물 렌즈(205)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 수평 방향의 일방향을 X축 방향이라고 하고, X축 방향에 수직인 수평 방향의 일방향을 Y축 방향이라고 하며, 연직 방향을 Z축 방향이라고 한다.
스테이지(201)는, 가공 대상물(1)을 지지한다. 스테이지(201)는, 가공 대상물(1)을 유지한 상태에서, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 방향으로 이동할 수 있다. 레이저 광원(202)은, 레이저광(IL)을 출력한다. 레이저 광원(202)은, 케이스(206)의 천판(天板)에 장착되어 있다. 레이저 광원(202)은, 예를 들면, 파이버 레이저이다. 여기에서는, 레이저 광원(202)은, X축 방향을 따라서 일방 측으로 레이저광(IL)을 출사한다.
반사형 공간 광 변조기(203)는, 레이저 광원(202)으로부터 출력된 레이저광(IL)을 변조한다. 반사형 공간 광 변조기(203)는, 케이스(206) 내에 마련되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(203)는, 예를 들면, LCOS(Liquid　Crystal　on　Silicon)－SLM(Spatial　Light　Modulator)이다. 여기에서는, 반사형 공간 광 변조기(203)는, X축 방향을 따라서 입사하는 레이저광(IL)을 경사 상측으로 반사시킨다.
4f 광학계(204)는, 반사형 공간 광 변조기(203)에 의해서 변조된 레이저광(IL)의 파면(波面) 형상이 공간 전파에 의해서 변화되는 것을 억제한다. 4f 광학계(204)는, 케이스(206) 내에 마련되어 있다.
4f 광학계(204)는, 제1 렌즈(204a) 및 제2 렌즈(204b)를 가지고 있다. 4f 광학계(204)에서는, 반사형 공간 광 변조기(203)와 제1 렌즈(204a)와의 사이의 광로 길이가 제1 렌즈(204a)의 초점 거리가 되고, 대물 렌즈(205)와 제2 렌즈(204b)와의 사이의 광로 길이가 제2 렌즈(204b)의 초점 거리가 되고, 제1 렌즈(204a)와 제2 렌즈(204b)와의 사이의 광로 길이가 제1 렌즈(204a)의 초점 거리와 제2 렌즈(204b)의 초점 거리와의 합이 되며, 또한, 제1 렌즈(204a) 및 제2 렌즈(204b)가 양측 텔레센트릭(telecentric) 광학계로 되어 있다.
대물 렌즈(205)는, 반사형 공간 광 변조기(203)에 의해서 변조된 레이저광(IL)을 집광한다. 대물 렌즈(205)는, 복수의 렌즈에 의해서 구성되어 있다. 대물 렌즈(205)는, 압전 소자 등을 포함하는 구동부(207)를 매개로 하여, 케이스(206)의 저판(底板)에 장착되어 있다. 구동부(207)는, 대물 렌즈(205)를 그 중심축(여기에서는, Z축 방향)을 따라서 이동시킨다. 또, 대물 렌즈(205)는, 1개의 렌즈에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 광원(202)으로부터 출력된 레이저광(IL)은, 미러(208)에 의해서 Z축 방향을 따라서 하측으로 반사되어, 케이스(206) 내에 진입한다. 케이스(206) 내에 진입한 레이저광(IL)은, 어테뉴에이터(attenuator)(209)에 의해서 강도가 조정되고, 미러(211)에 의해서 X축 방향을 따라서 타방 측으로 반사된다. 미러(211)에 의해서 반사된 레이저광(IL)은, 빔 익스팬더(212)에 의해서 빔 지름이 확대되고, 반사형 공간 광 변조기(203)에 의해서 변조됨과 아울러 반사된다.
반사형 공간 광 변조기(203)에 의해서 변조됨과 아울러 반사된 레이저광(IL)은, 미러(213)에 의해서 Z축 방향을 따라서 상측으로 반사되고, λ／2 파장판(214)에 의해서 편광 방향이 조정된다. 편광 방향이 조정된 레이저광(IL)은, 미러(215)에 의해서 X축 방향을 따라서 일방 측으로 반사되어, 4f 광학계(204)의 제1 렌즈(204a)를 투과하고, 미러(216)에 의해서 Z축 방향을 따라서 하측으로 반사된다. 미러(216)에 의해서 반사된 레이저광(IL)은, 4f 광학계(204)의 제2 렌즈(204b)를 투과하여, 대물 렌즈(205)에 입사한다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 가시 광원(221), 광 검출부(222), 미러(223), 다이크로익 미러(224), 다이크로익 미러(225) 및 대물 렌즈(205)에 의해서, 가공 대상물(1)의 표면(3)을 관찰하기 위한 관찰 유닛(220)이 구성되어 있다. 가시 광원(221), 광 검출부(222), 미러(223), 다이크로익 미러(224) 및 다이크로익 미러(225)는, 케이스(206) 내에 마련되어 있다.
가시 광원(221)으로부터 출력된 가시광(VL1)은, 미러(223), 다이크로익 미러(224) 및 다이크로익 미러(225)에 의해서 순차적으로 반사되어, 대물 렌즈(205)에 입사한다. 대물 렌즈(205)에 입사한 가시광(VL1)은, 대물 렌즈(205)에 의해서 집광되고, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 조사된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 반사된 가시광(VL1)의 반사광(VL2)은, 대물 렌즈(205)를 투과하고, 다이크로익 미러(225)에 의해서 반사된다. 다이크로익 미러(225)에 의해서 반사된 반사광(VL2)은, 다이크로익 미러(224)를 투과하고, 광 검출부(222)에 입사하여 광 검출부(222)에 의해서 검출된다. 또, 다이크로익 미러(225)는, 4f 광학계(204)의 제2 렌즈(204b)와 대물 렌즈(205)와의 사이에 배치되어 있고, 레이저광(IL)을 투과시킨다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 측거 유닛(100)이 구성되어 있다(상세에 대해서는 후술함). 측거 유닛(100)은, 스테이지(201)에 의해 지지된 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 측정한다. 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이란, 대물 렌즈(205)의 중심축에 평행한 방향(여기에서는, Z축 방향)에서의 가공 대상물(1)의 표면(3)의 위치이며, 예를 들면, 대물 렌즈(205)와 가공 대상물(1)의 표면(3)과의 거리에 대응한다.
레이저 가공 장치(200)는, 제어부(230)를 구비하고 있다. 제어부(230)는, 예를 들면, CPU(Central　Processing　Unit), ROM(Read　Only　Memory) 및 RAM(Random　Access　Memory) 등을 포함하는 컴퓨터에 의해서 구성되어 있다. 제어부(230)는, 컴퓨터에서 소정의 프로그램을 실행하는 것에 의해, 여러 가지의 제어를 실행한다.
일 예로서, 제어부(230)는, 레이저 광원(202)으로부터 출력되는 레이저광(IL)의 펄스 폭 등이 소정값이 되도록 레이저 광원(202)을 제어한다. 또, 제어부(230)는, 개질 영역(7)을 형성할 때에, 레이저광(IL)의 집광점(P)이 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 소정 거리만큼 내측에 위치하고 또한 레이저광(IL)의 집광점(P)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대적으로 이동하도록 스테이지(201)를 제어한다. 또, 제어부(230)는, 레이저광(IL)의 파면 형상이 소정 형상이 되도록 반사형 공간 광 변조기(203)를 제어한다.
게다가, 제어부(230)는, 개질 영역(7)을 형성할 때에, 측거 유닛(100)에 의해서 측정된 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 근거하여(즉, 후술하는 광 검출부(107)(도 2 참조)로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여), 레이저광(IL)의 집광점(P)이 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 소정 거리만큼 내측에 위치하도록 구동부(207)를 제어하고, 대물 렌즈(205)를 그 중심축을 따라 이동시킨다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이가 변화했다고 해도, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 소정 거리만큼 내측에 개질 영역(7)을 형성할 수 있다.
[측거 유닛의 구성]
도 2에 나타내어지는 바와 같이, 측거 유닛(100)은, 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103), 다이크로익 미러(광학 소자)(104), 결상 렌즈(105), 반사형 그레이팅(광로 조정부)(106), 광 검출부(107) 및 대물 렌즈(205)에 의해서, 구성되어 있다. 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103), 다이크로익 미러(104), 결상 렌즈(105), 반사형 그레이팅(106) 및 광 검출부(107)는, 케이스(206) 내에 마련되어 있다.
측거 광원(101)은, 레이저광인 측거광(RL1)을 출력한다. 측거 광원(101)은, 예를 들면, 레이저 다이오드이다. 여기에서는, 측거 광원(101)은, Z축 방향을 따라서 하측으로 측거광(RL1)을 출사한다. 콜리메이트 렌즈(102)는, 측거 광원(101)으로부터 출력된 측거광(RL1)을 콜리메이트한다.
하프 미러(103)는, 콜리메이트 렌즈(102)에 의해서 콜리메이트된 측거광(RL1)을 다이크로익 미러(104) 측으로 반사시킨다. 또, 하프 미러(103)는, 후술하는 반사광(RL2)을 다이크로익 미러(104) 측으로부터 결상 렌즈(105) 측으로 투과시킨다. 여기에서는, 하프 미러(103)는, Z축 방향을 따라서 상측으로부터 입사한 측거광(RL1)을 X축 방향을 따라서 일방 측으로 반사시키고, 반사광(RL2)을 X축 방향을 따라서 일방 측으로부터 타방 측으로 투과시킨다.
다이크로익 미러(104)는, 하프 미러(103)에 의해서 반사된 측거광(RL1)을 대물 렌즈(205) 측으로 반사시킨다. 또, 다이크로익 미러(104)는, 대물 렌즈(205) 측으로부터 입사한 반사광(RL2)을 하프 미러(103) 측으로 반사시킨다. 여기에서는, 다이크로익 미러(104)는, X축 방향을 따라서 타방 측으로부터 입사한 측거광(RL1)을 Z축 방향을 따라서 하측으로 반사시키고, Z축 방향을 따라서 하측으로부터 입사한 반사광(RL2)을 X축 방향을 따라서 타방 측으로 반사시킨다. 또, 다이크로익 미러(104)는, 관찰 유닛(220)의 다이크로익 미러(225)와 대물 렌즈(205)와의 사이에 배치되어 있고(도 1 참조), 레이저광(IL), 및, 가시광(VL1) 및 그 반사광(VL2)을 투과시킨다.
대물 렌즈(205)는, 다이크로익 미러(104)에 의해서 반사된 측거광(RL1)을 집광하면서 가공 대상물(1) 측으로 투과시킨다. 또, 대물 렌즈(205)는, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 반사된 측거광(RL1)의 반사광(RL2)을 다이크로익 미러(104) 측으로 투과시킨다. 여기에서는, 대물 렌즈(205)는, 측거광(RL1)을 Z축 방향을 따라서 상측으로부터 하측으로 투과시키고, 반사광(RL2)을 Z축 방향을 따라서 하측으로부터 상측으로 투과시킨다.
결상 렌즈(105)는, 다이크로익 미러(104)에 의해서 반사되어 하프 미러(103)를 투과한 반사광(RL2)을 반사형 그레이팅(106) 측으로 투과시킨다. 여기에서는, 결상 렌즈(105)는, 반사광(RL2)을 X축 방향을 따라서 일방 측으로부터 타방 측으로 투과시킨다. 결상 렌즈(105)는, 대물 렌즈(205)에 의한 측거광(RL1) 또는 반사광(RL2)의 집광 위치에서의 상(像)을 결상 위치에 결상한다. 측거광(RL1)이 대물 렌즈(205)에 의해서 공기 중에 집광되는 경우의 집광점에 대해서 대물 렌즈(205)와는 반대 측에 가공 대상물(1)의 표면(3)이 위치하고 있는 경우에는, 해당 집광 위치가 측거광(RL1)에 나타내어진다. 측거광(RL1)이 대물 렌즈(205)에 의해서 공기 중에 집광되는 경우의 집광점 상에 가공 대상물(1)의 표면(3)이 위치하고 있는 경우에는, 해당 집광 위치가 측거광(RL1)과 반사광(RL2)과의 경계부에 나타내어진다. 측거광(RL1)이 대물 렌즈(205)에 의해서 공기 중에 집광되는 경우의 집광점에 대해서 대물 렌즈(205) 측에 가공 대상물(1)의 표면(3)이 위치하고 있는 경우에는, 해당 집광 위치가 반사광(RL2)에 나타내어진다. 또, 결상 렌즈(105)는, 1개의 렌즈에 의해서 구성되어 있어도 괜찮고, 복수의 렌즈에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다.
반사형 그레이팅(106)은, 결상 렌즈(105)를 투과한 반사광(RL2)을 광 검출부(107) 측으로 반사시킨다. 반사형 그레이팅(106)은, 예를 들면, 블레이즈드 그레이팅(blazed grating)이다. 여기에서는, 반사형 그레이팅(106)은, X축 방향을 따라서 일방 측으로부터 입사한 반사광(RL2)을 Z축 방향을 따라서 상측으로 반사시킨다. 반사형 그레이팅(106)은, 결상 렌즈(105)와 광 검출부(107)와의 사이에서 반사광(RL2)의 광로를 조정한다(상세에 대해서는 후술함).
광 검출부(107)는, 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사된 반사광(RL2)을 검출한다. 광 검출부(107)는, 예를 들면, X축 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가지는 1차원의 포토 다이오드 어레이이다. 광 검출부(107)의 수광면(受光面)(107a)은, 반사형 그레이팅(106) 측을 향하고 있고, 소정 면(S) 상에 위치하고 있다. 여기에서는, 수광면(107a)은, 하측을 향하고 있고, Z축 방향에 수직인 소정 면(S) 상에 위치하고 있다. 또, 광 검출부(107)는, X축 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가지는 것이면, 2차원의 포토 다이오드 어레이 등이라도 괜찮다.
도 3에 나타내어지는 바와 같이, 대물 렌즈(205)는, 측거광(RL1)의 광로(A2)가 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)으로부터 떨어진 상태에서, 측거광(RL1)을 가공 대상물(1) 측으로 투과시킨다. 대물 렌즈(205)에 입사하는 측거광(RL1)의 광로(A2)는, 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)에 평행이다. 대물 렌즈(205)로부터 출사한 측거광(RL1)의 광로(A2)는, 대물 렌즈(205)에 의해서 집광된 측거광(RL1)의 집광점(P1)이 대물 렌즈(205)의 중심축(A1) 상에 위치하도록 경사져 있다. 여기에서는, 대물 렌즈(205)에 입사하는 측거광(RL1)의 광로(A2)는, 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)으로부터 X축 방향에서의 일방 측으로 떨어져 있다.
이것에 의해, 도 2 및 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라서, 대물 렌즈(205)를 투과하는 반사광(RL2)의 광로가 변화되고, 그 결과, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라서, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 입사 위치가 변화된다. 따라서, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 입사 위치에 근거하여(즉, 반사광(RL2)이 입사한 광 검출 채널의 위치에 근거하여), 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 측정할 수 있다.
예를 들면, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 측거광(RL1)의 집광점(P1)(측거광(RL1)이 대물 렌즈(205)에 의해서 공기 중에 집광되는 경우의 집광점)과 일치하고 있는 상태에서는, 반사광(RL2L)의 광로는, 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)에 관해서 측거광(RL1)의 광로와 대칭의 관계를 가지는 것이 된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)이 측거광(RL1)의 집광점(P1)보다도 대물 렌즈(205) 측에 위치하고 있는 상태에서는, 반사광(RL2M)의 광로는, 반사광(RL2L)보다도 X축 방향에서의 일방 측에서 반사된 것이 된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)이 측거광(RL1)의 집광점(P1)보다도 더 대물 렌즈(205) 측에 위치하고 있는 상태에서는, 반사광(RL2H)의 광로는, 반사광(RL2M)보다도 X축 방향에서의 일방 측에서 반사된 것이 된다.
그래서, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 반사광(RL2)의 수렴 및 발산 상태도, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 변화되기 때문에, 결상 렌즈(105)에 의한 반사광(RL2)의 결상 위치도, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 변화된다. 그 때문에, 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 반사광(RL2)의 광로를 조정하는 반사형 그레이팅(106)이 측거 유닛(100)에 마련되어 있지 않으면, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 스폿 사이즈가, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 크게 변화하고, 그 결과, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 측정 정밀도가 열화될 우려가 있다. 또, 도 5에 나타내어지는 바와 같이, 광 검출부(107)의 수광면(107a)이, 결상 렌즈(105)에 의한 반사광(RL2)의 결상 위치에 맞도록 경사시켜져도, 수광면(107a)에 대한 반사광(RL2)의 입사각이 크게 되어, 수광면(107a)에서 반사광(RL2)의 일부가 반사되거나, 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 스폿 사이즈가 크게 되거나 하며, 그 결과, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 측정 정밀도가 열화될 우려가 있다.
예를 들면, 대물 렌즈(205)의 초점 거리를 f1으로 하고, 결상 렌즈(105)의 초점 거리를 f2로 하고, 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)에 평행한 방향에서의 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 차이를 ΔZ로 하고, 결상 렌즈(105)의 중심축에 평행한 방향에서의 반사광(RL2)의 결상 위치의 차이를 ΔX로 하면, 반사형 그레이팅(106)이 측거 유닛(100)에 마련되어 있지 않은 경우에는, ΔX/ΔZ=4(f2/f1)2의 관계가 성립한다. 즉, 대물 렌즈(205)의 초점 거리 f1이 작아지면, 반사광(RL2)의 결상 위치의 차이 ΔX가 커지고, 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 스폿 사이즈가 커진다. 상술한 레이저 가공 장치(200)와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하는 경우에는, 대물 렌즈(205)의 개구수가 커지고, 대물 렌즈(205)의 초점 거리 f1이 작아지기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 측정 정밀도가 열화되는 것을 억제하기 위한 대책을 실시하는 것이 특히 중요하다.
그 대책으로서, 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 반사광(RL2)의 광로를 조정하는 반사형 그레이팅(106)이 측거 유닛(100)에 마련되어 있다. 반사형 그레이팅(106)은, 반사형 그레이팅(106)으로의 반사광(RL2)의 입사 위치에 따른 광로 길이를 반사광(RL2)에 발생시킴으로써, 반사광(RL2)의 광로를 조정한다.
또, 결상 렌즈(105)를 투과한 반사광(RL2)의 광로(반사광(RL2)의 주광선의 광로)는, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 소정 평면(여기에서는, Y축 방향에 수직인 평면)을 따라서 변화된다. 그래서, 반사형 그레이팅(106)은, 복수의 홈이 해당 소정 평면에 수직인 방향(여기에서는, Y축 방향)을 따라서 연장되도록, 배치되어 있다. 게다가, 반사형 그레이팅(106)은, 결상 렌즈(105)로부터 결상 위치까지의 광로 길이가 긴 반사광(RL2)일수록, 결상 렌즈(105)로부터 떨어진 위치에서 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사되도록, 배치되어 있다.
이것에 의해, 결상 렌즈(105)로부터 결상 위치까지의 광로 길이가 긴 반사광(RL2)일수록, 결상 렌즈(105)로부터 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 이르는 반사광(RL2)의 광로 길이가 길어진다. 예를 들면, 결상 렌즈(105)로부터 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 이르는 반사광(RL2M)의 광로 길이는, 결상 렌즈(105)로부터 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 이르는 반사광(RL2L)의 광로 길이보다도 길다. 결상 렌즈(105)로부터 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 이르는 반사광(RL2H)의 광로 길이는, 결상 렌즈(105)로부터 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 이르는 반사광(RL2M)의 광로 길이보다도 길다.
다만, 결상 렌즈(105)에 의해서 결상되어 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사된 반사광(RL2)에는, 비점수차(非点收差)가 생긴다. 구체적으로는, Y축 방향에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치는, X축 방향에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치보다도, 광 검출부(107)의 수광면(107a)이 위치하는 소정 면(S)으로부터 떨어진다. 측거 유닛(100)에서는, X축 방향에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치가, 광 검출부(107)의 수광면(107a)이 위치하는 소정 면(S)에 가까워지도록, 반사형 그레이팅(106)이 반사광(RL2)의 광로를 조정한다.
이와 같이, 반사형 그레이팅(106)은, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향(여기에서는, Z축 방향)에 수직인 적어도 일방향(여기에서는, X축 방향)에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치가, 해당 입사 방향에 수직인 소정 면(S)에 가까워지도록, 반사광(RL2)의 광로를 조정한다. 또, 반사형 그레이팅(106)은, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 평행하고 또한 상술한 일방향(여기에서는, X축 방향)에 수직인 방향(여기에서는, Y축 방향)을 따라서 연장되는 복수의 홈을 가지고 있다. 또, 광 검출부(107)는, 상술한 일방향(여기에서는, X축 방향)에 평행한 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가지고 있다.
그래서, 「광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향」이란, 기준이 되는 반사광(RL2)(예를 들면, 반사광(RL2L))의 입사 방향을 의미한다. 또, 「반사광(RL2)의 결상 위치가, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향에 수직인 소정 면(S)에 가까워지도록」이란, 반사형 그레이팅(106)이 측거 유닛(100)에 마련되어 있지 않은 경우에 비해, 반사광(RL2)의 결상 위치가 소정 면(S)에 가까워지는 것을 의미한다. 즉, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향에서의 반사광(RL2)의 결상 위치의 차이가, 소정 면(S)을 포함하는 영역에서, 상술한 ΔX 미만(바람직하게는, ΔX의 10% 미만)이 되는 것을 의미한다.
또, 대물 렌즈(205) 및 결상 렌즈(105)는, 결상 렌즈(105)로부터 출사되는 반사광(RL2)의 광로(반사광(RL2)의 주광선의 광로)의 방향이 일정하게 되도록 구성되어 있다. 여기에서는, 도 6의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 대물 렌즈(205)와 결상 렌즈(105)와의 사이의 광로 길이가, 대물 렌즈(205)의 초점 거리 f1과 결상 렌즈(105)의 초점 거리 f2와의 합으로 되어 있다. 즉, 대물 렌즈(205)의 결상 렌즈(105) 측의 초점 위치와 결상 렌즈(105)의 대물 렌즈(205) 측의 초점 위치가 일치하고 있다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이가 변화해도, 결상 렌즈(105)로부터 출사되는 반사광(RL2)의 광로의 방향이 일정하게 되고, 그 결과, 도 6의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이와, 광 검출부(107)에서 반사광(RL2)이 입사하는 광 검출 채널의 위치가, 선형(線形)인 관계가 된다. 또, 도 6의 (a)에서는, 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103) 및 다이크로익 미러(104) 등의 도시가 생략되고, 측거 유닛(100)의 구성이 간략화되어 있다.
이것에 대해, 도 7의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 대물 렌즈(205)와 결상 렌즈(105)와의 사이의 광로 길이가, 대물 렌즈(205)의 초점 거리 f1과 결상 렌즈(105)의 초점 거리 f2와의 합보다도 크면(또는 작으면), 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라서, 결상 렌즈(105)로부터 출사되는 반사광(RL2)의 광로의 방향이 변화되고, 그 결과, 도 7의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이와, 광 검출부(107)에서 반사광(RL2)이 입사하는 광 검출 채널의 위치가, 비선형인 관계가 된다. 다만, 이 경우에도, 예를 들면, 제어부(230)가 가공 대상물(1)의 표면(3)과 광 검출 채널의 위치와의 관계를 미리 유지해 두고, 제어부(230)가 해당 관계를 참조함으로써, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 충분히 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 또, 도 7의 (a)에서는, 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103) 및 다이크로익 미러(104) 등의 도시가 생략되어, 측거 유닛(100)의 구성이 간략화되어 있다.
또, 도 6의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)은, 상술한 일방향(소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)을 결상하는 일방향)에 수직인 방향(여기에서는, Y축 방향)을 길이 방향으로 하는 장척(長尺) 모양(여기에서는, 타원 형상)을 나타내고 있다. 이것에 의해, 반사광(RL2)의 상(像)의 길이 방향으로의 광 검출부(107)의 수광면(107a)의 어긋남이 허용되어, 각 구성의 배치의 정밀도가 완화된다. 또, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)이, 상술한 일방향에 수직인 방향을 길이 방향으로 하는 장척 모양을 나타내는 것은, 상술한 바와 같이, 결상 렌즈(105)에 의해서 결상되어 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사된 반사광(RL2)에 비점수차가 생기기 때문이다.
이것에 대해, 예를 들면, 도 8의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 결상 렌즈(105)와 반사형 그레이팅(106)과의 사이의 광로 길이를 길게 하고, 반사형 그레이팅(106)과 광 검출부(107)와의 사이의 광로 길이를 짧게 하면, 도 8의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)은, 도트 모양이 된다. 다만, 이 경우에도, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 충분히 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 이와 같이, 결상 렌즈(105)와 반사형 그레이팅(106)과의 사이의 광로 길이, 및, 반사형 그레이팅(106)과 광 검출부(107)와의 사이의 광로 길이 중 적어도 1개를 조정함으로써, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)의 형상을 조정할 수 있다. 또, 도 8의 (a)에서는, 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103) 및 다이크로익 미러(104) 등의 도시가 생략되어, 측거 유닛(100)의 구성이 간략화되어 있다.
이상과 같이 구성된 측거 유닛(100)에서는, 다음과 같이, 반사광(RL2)이 검출된다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 측거 광원(101)으로부터 출력된 측거광(RL1)은, 콜리메이트 렌즈(102)에 의해서 콜리메이트된다. 콜리메이트된 측거광(RL1)은, 하프 미러(103) 및 다이크로익 미러(104)에 의해서 순차적으로 반사되어, 대물 렌즈(205)에 입사한다. 대물 렌즈(205)에 입사한 측거광(RL1)은, 대물 렌즈(205)에 의해서 집광되어, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 조사된다. 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 반사된 측거광(RL1)의 반사광(RL2)은, 대물 렌즈(205)를 투과하고, 다이크로익 미러(104)에 의해서 반사된다. 다이크로익 미러(104)에 의해서 반사된 반사광(RL2)은, 하프 미러(103)를 투과하고, 결상 렌즈(105)에 의해서 결상 됨과 아울러, 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사된다. 반사형 그레이팅(106)에 의해서 반사된 반사광(RL2)은, 광 검출부(107)에 입사하여 광 검출부(107)에 의해서 검출된다.
[작용 및 효과]
측거 유닛(100)에서는, 측거광(RL1)의 광로(A2)가 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)으로부터 떨어진 상태에서, 대물 렌즈(205)가 측거광(RL1)을 가공 대상물(1) 측으로 투과시킨다. 그 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 반사된 반사광(RL2)이 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 입사하는 위치가, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 변화된다. 따라서, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 입사 위치에 근거하여, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 측정할 수 있다. 이 때, 가공 대상물(1)의 다른 면(가공 대상물(1)에서의 광 출사 측의 표면 등)에서 측거광(RL1)의 일부가 반사되었다고 해도, 가공 대상물(1)의 다른 면에서 반사된 반사광이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 반사된 반사광(RL2)으로부터 공간적으로 분리되기 때문에, 검출해야 할 반사광(RL2)에 불필요한 반사광이 중첩되는 것을 억제할 수 있다. 또, 측거 유닛(100)에서는, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향에 수직인 일방향(여기에서는, X축 방향)에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치가, 해당 입사 방향에 수직인 소정 면(S)에 가까워지도록, 반사형 그레이팅(106)이 반사광(RL2)의 광로를 조정하고, 해당 소정 면(S) 상에 광 검출부(107)의 수광면(107a)이 위치하고 있다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 균일한 상태로 측정할 수 있다. 만일, 반사형 그레이팅(106)이 마련되어 있지 않으면, 반사광(RL2)이 대물 렌즈(205) 및 결상 렌즈(105) 각각을 투과하는 위치가 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 변화되기 때문에, 결상 렌즈(105)에 의한 반사광(RL2)의 결상 위치가 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 크게 변화하고, 그 결과, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라서는 해당 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 없을 우려가 있다. 이상에 의해, 측거 유닛(100)에 의하면, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또, 측거 유닛(100)에서는, 반사형 그레이팅(106)이, 결상 렌즈(105)와 광 검출부(107)와의 사이에서 반사광(RL2)의 광로를 조정한다. 이것에 의해, 각 구성을 효율 좋게 배치할 수 있다.
또, 측거 유닛(100)에서는, 반사형 그레이팅(106)이, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에 평행하고 또한 일방향(소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)을 결상하는 일방향)에 수직인 방향을 따라서 연장되는 복수의 홈을 가지고 있다. 이것에 의해, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 반사광(RL2)의 결상 위치를, 해당 입사 방향에 수직인 소정 면(S)에 용이하게 또한 확실히 가까이 할 수 있다.
또, 측거 유닛(100)에서는, 광 검출부(107)가, 일방향(소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)을 결상하는 일방향)에 평행한 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가지고 있다. 이것에 의해, 반사광(RL2)이 그 입사 방향에 수직인 일방향에서 결상되어 있기 때문에, 반사광(RL2)이 입사한 광 검출 채널의 위치에 근거하여, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또, 측거 유닛(100)에서는, 대물 렌즈(205) 및 결상 렌즈(105)가, 결상 렌즈(105)로부터 출사되는 반사광(RL2)의 광로의 방향이 일정하게 되도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이와, 광 검출부(107)에서 반사광(RL2)이 입사하는 광 검출 채널의 위치와의 관계에 선형성을 갖게 할 수 있다.
또, 측거 유닛(100)에서는, 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)이, 일방향(소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)을 결상하는 일방향)에 수직인 방향을 길이 방향으로 하는 장척 모양을 나타내고 있고 있다. 이것에 의해, 반사광(RL2)의 상(像)의 길이 방향으로의 광 검출부(107)의 수광면(107a)의 어긋남을 허용할 수 있기 때문에, 각 구성의 배치의 정밀도를 완화하면서도, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또, 레이저 가공 장치(200)에서는, 상술한 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 게다가, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이에 따라 대물 렌즈(205)를 그 중심축(A1)을 따라서 이동시킴으로써, 레이저광(IL)의 집광점(P)을 가공 대상물(1)에서의 소망의 위치에 맞출 수 있다. 게다가, 대물 렌즈(205)에 의한 측거광(RL1)의 집광점(P1)이 가공 대상물(1)의 표면(3) 상에 위치하고 있는 상태에 한정되지 않고, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 측정, 및 가공 대상물(1)에 대한 레이저광(IL)의 집광점(P)의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
[변형예]
본 개시는, 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(104)가, 레이저광(IL)을 투과시키고 또한 측거광(RL1)(그 반사광(RL2)을 포함함)을 반사했지만, 다이크로익 미러(104)를 대신하여, 레이저광(IL) 및 측거광(RL1)의 일방을 투과시키고 또한 레이저광(IL) 및 측거광(RL1)의 타방을 반사시키는 광학 소자가 이용되어도 괜찮다.
또, 상기 실시 형태에서는, 반사광(RL2)의 광로를 조정하는 광로 조정부로서, 결상 렌즈(105)와 광 검출부(107)와의 사이에 배치된 반사형 그레이팅(106)이 이용되었지만, 반사광(RL2)의 결상 위치가 소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)의 광로를 조정할 수 있는 것이면, 다른 구성이라도 괜찮다. 그러한 구성의 예로서는, 공간 광 변조기, 디지털 미러 디바이스, 투과형 그레이팅, 프리즘 등이 있다. 광 검출부(107)의 수광면(107a)에서의 반사광(RL2)의 상(像)이, 일방향(소정 면(S)에 가까워지도록 반사광(RL2)을 결상하는 일방향)에 수직인 방향을 길이 방향으로 하는 장척 모양을 나타내도록, 실린드리칼 렌즈가 마련되어도 괜찮다.
또, 도 9에 나타내어지는 바와 같이, 대물 렌즈(205)와 결상 렌즈(105)와의 사이의 광로 상에 릴레이 렌즈(108)가 배치됨으로써, 대물 렌즈(205) 및 결상 렌즈(105)가, 결상 렌즈(105)로부터 출사되는 반사광(RL2)의 광로(반사광(RL2)의 주광선의 광로)의 방향이 일정하게 되도록 구성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 릴레이 렌즈(108) 및 결상 렌즈(105)에 의해서 결상 렌즈가 구성되어 있다고 파악할 수도 있다. 릴레이 렌즈(108)는, 1개의 렌즈에 의해서 구성되어 있어도 괜찮고, 복수의 렌즈에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다. 또, 도 9에서는, 측거 광원(101), 콜리메이트 렌즈(102), 하프 미러(103) 및 다이크로익 미러(104) 등의 도시가 생략되고, 측거 유닛(100)의 구성이 간략화되어 있다.
또, 측거광(RL1)이 대물 렌즈(205)를 투과할 때에, 측거광(RL1)의 광로(A2)가 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)으로부터 떨어지는 거리는, 조정 가능해도 좋다. 일 예로서, 도 2에 나타내어지는 하프 미러(103)의 위치를 조정함으로써, 측거광(RL1)의 광로(A2)가 대물 렌즈(205)의 중심축(A1)으로부터 떨어지는 거리를 조정할 수 있다. 해당 거리를 조정함으로써, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이의 측정 레인지, 그리고 광 검출부(107)에서의 검출 감도를 조정할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 광 조사 장치 및 대상물이, 각각, 레이저 가공 장치(200) 및 가공 대상물(1)이며, 조사광을 출력하는 조사 광원이, 레이저광(IL)을 출력하는 레이저 광원(202)이었다. 다만, 광 조사 장치가 레이저 가공 장치인 경우, 내부 가공을 실시하는 것에 한정되지 않고, 표면 가공 등을 실시하는 것이라도 괜찮다. 또, 광 조사 장치 및 대상물은, 각각, 관찰 장치(현미경 등) 및 관찰 대상물이라도 괜찮다. 그 경우, 조사광을 출력하는 조사 광원은, 관찰광을 출력하는 관찰 광원이라도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는, 광 검출부(107)의 수광면(107a)이 소정 면(S) 상에 위치하고 있었지만, 광 검출부(107)의 수광면(107a)은, 소정 면(S)을 따르도록 위치하고 있으면 좋다. 예를 들면, 광 검출부(107)의 수광면(107a)과 소정 면(S)이 각도를 이루고 있어도, 해당 각도가 5° 미만이면, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 충분히 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 가공 대상물(1)의 표면(3)의 높이를 측정했지만, 가공 대상물(1)의 이면 등의 높이를 측정하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 의하면, 대상물에서의 측거광의 입사측의 표면에 한정되지 않고, 대상물의 여러가지 면을 피측정면으로 하는 것이 가능하다. 각 면에서 반사된 반사광이 서로 공간적으로 분리되기 때문이다.
또, 상기 실시 형태에서는, 소정 면(S)이, 광 검출부(107)에 입사하는 반사광(RL2)의 입사 방향에 수직인 면이었지만, 소정 면(S)은, 해당 입사 방향에 대해서 예를 들면 30°이하의 각도로 경사지는 등, 해당 입사 방향과 교차하는 면이면 된다.
1 - 가공 대상물(대상물)
3 - 표면(피측정면)
100 - 측거 유닛
101 - 측거 광원
104 - 다이크로익 미러(광학 소자)
105 - 결상 렌즈
106 - 반사형 그레이팅(광로 조정부)
107 - 광 검출부
107a - 수광면
200 - 레이저 가공 장치(광 조사 장치)
201 - 스테이지(지지부)
202 - 레이저 광원(조사 광원)
205 - 대물 렌즈
207 - 구동부
230 - 제어부
IL - 레이저광(조사광)
RL1 - 측거광
RL2 - 반사광

Claims (7)

  1. 레이저광인 측거광(測距光)을 출력하는 측거 광원과,
    상기 측거광, 및, 대상물의 피측정면에서 반사된 상기 측거광의 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와,
    상기 반사광을 투과시키고, 상기 대물 렌즈에 의한 상기 측거광 또는 상기 반사광의 집광 위치에서의 상(像)을 결상(結像) 위치에 결상하는 결상 렌즈와,
    상기 반사광의 광로(光路)를 조정하는 광로 조정부와,
    상기 반사광을 검출하는 광 검출부를 구비하며,
    상기 대물 렌즈는, 상기 측거광의 광로가 상기 대물 렌즈의 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 상기 측거광을 상기 대상물 측으로 투과시키고,
    상기 광로 조정부는, 상기 광 검출부에 입사하는 상기 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 상기 반사광의 상기 결상 위치가, 상기 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 상기 반사광의 상기 광로를 조정하고,
    상기 광 검출부의 수광면(受光面)은, 상기 소정 면을 따르도록 위치하고 있는 측거 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광로 조정부는, 상기 결상 렌즈와 상기 광 검출부와의 사이에서 상기 반사광의 상기 광로를 조정하는 측거 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광로 조정부는, 상기 수광면에 평행하고 또한 상기 일방향에 수직인 방향을 따라서 연장되는 복수의 홈을 가지는 반사형 그레이팅인 측거 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광 검출부는, 상기 일방향에 평행한 방향을 따라서 배열된 복수의 광 검출 채널을 가지는 측거 유닛.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 대물 렌즈 및 상기 결상 렌즈는, 상기 결상 렌즈로부터 출사되는 상기 반사광의 광로의 방향이 일정하게 되도록 구성되어 있는 측거 유닛.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광면에서의 상기 반사광의 상(像)은, 상기 일방향에 수직인 방향을 길이 방향으로 하는 장척(長尺) 모양을 나타내고 있는 측거 유닛.
  7. 대상물을 지지하는 지지부와,
    조사광을 출력하는 조사 광원과,
    레이저광인 측거광을 출력하는 측거 광원과,
    상기 조사광 및 상기 측거광 중 일방을 투과시키고, 상기 조사광 및 상기 측거광 중 타방을 반사하는 광학 소자와,
    상기 조사광, 상기 측거광, 및, 상기 대상물의 피측정면에서 반사된 상기 측거광의 반사광을 투과시키는 대물 렌즈와,
    상기 반사광을 투과시키고, 상기 대물 렌즈에 의한 상기 측거광 또는 상기 반사광의 집광 위치에서의 상(像)을 결상 위치에 결상하는 결상 렌즈와,
    상기 반사광의 광로를 조정하는 광로 조정부와,
    상기 반사광을 검출하는 광 검출부와,
    상기 대물 렌즈를 그 중심축을 따라 이동시키는 구동부와,
    상기 광 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여 상기 구동부를 구동시키는 제어부를 구비하며,
    상기 대물 렌즈는, 상기 측거광의 광로가 상기 대물 렌즈의 상기 중심축으로부터 떨어진 상태에서, 상기 측거광을 상기 대상물 측으로 투과시키고,
    상기 광로 조정부는, 상기 광 검출부에 입사하는 상기 반사광의 입사 방향에 수직인 적어도 일방향에서 결상되는 상기 반사광의 상기 결상 위치가, 상기 입사 방향과 교차하는 소정 면에 가까워지도록, 상기 반사광의 상기 광로를 조정하고,
    상기 광 검출부의 수광면은, 상기 소정 면을 따르도록 위치하고 있는 광 조사 장치.
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